流化床喷雾造粒技术进展
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对于一般的流化床 ,由于固体颗粒的返混 ,除了 分布板附近外 ,床层温度是均一的 ,传热过程集中在 分布板附近 ,床层温度分布是来自百度文库热的结果[2] 。一般在 操作 稳 定 时 , 床 层 温 度 不 随 时 间 改 变 Nienow 和 Rowe[6] 对床内喷雾造粒过程研究发现 ,雾化液滴在靠 近喷嘴的区域蒸发 ,因此喷嘴附近存在一个低温区。
顶部喷雾喷嘴安装在造粒室床层以上 ,喷雾方向 垂直向下 ,雾化液滴与流化空气逆向运动。顶雾造粒 器的膨胀室与其它两种相比高一些 ,而且是锥形 ,这 样既可以提高颗粒流化速度又不会被流化气体带出 造粒装置 。采用顶部喷洒必须过量喷洒并连续进行 颗粒的筛选 ,这样使造粒的效率低、时间长 ,但可以回 收被喷雾干燥的悬浮物重复利用 。顶部喷雾的喷嘴 位置很重要[2] ,喷嘴过高雾滴在床层上部占比例大 , 如果雾滴在流化床面以上 ,则未接触颗粒之前就蒸发 被热空气带走 ,即喷雾干燥。喷雾太低雾滴在分布板 附近累积 ,影响操作稳定性 ,甚至死床。顶部喷雾过 程一般用于以下三种场合 :用粘合剂制粒 ,用水制粒 和流化床喷雾干燥 。顶部喷雾方法制备的颗粒多孔 并具有较松的结构 ,在水中极易分散[3] 。
术的潜在应用价值 ,越来越多的科研工作者对其成粒 机理 、影响因素及实际操作条件等进行了深入研究 。 这里将对一些研究者的成果做简单介绍 。
1 流化床
111 喷雾方式 流化床造粒主要是以雾化溶液为媒体 ,以固体
收稿日期 :2004 - 01 - 20 基金项目 :国家自然科学基金 (20166002) 和内蒙古教育厅资助项目 (zd0013) 作者简介 :张东利 (1961 - ) ,男 ,硕士 ,副教授 ,主要从事造粒与流态化工程研究 。 联系人 :张东利 ,电话 : (0471) 6576137 ,E2mail :zhdl @imut. edu. cn。
底部喷雾是将喷嘴安装在分布板中心 ,雾化液 滴进入床层的方向与流化气体相同 。对于在药片颗 粒上进行涂层造粒过程多采用底部喷雾 ,这样可减 少涂层雾化液的损失 。为避免颗粒无规则运动和涂 层 ,底部喷雾流化床造粒器不宜过大 。底部喷雾和 床内喷雾非常容易造成湿式死床而使流化停滞[4] , 设计时要求颗粒在经过喷雾区时速度快 。一般可以 通过 对 传 统 流 化 床 的 改 进 来 实 现 , 最 常 用 的 是 Würster 流化床造粒器 ,流化床内加入一个垂直圆管 (直径通常为床层直径的一半) 用于改善进床内颗粒 的循环 ,颗粒的运动与喷动床内的类似 (中心处的颗 粒向上运动而四周的颗粒向下运动) ,还可有效的防 止颗粒附聚提高颗粒表面光滑度 ,而且垂直圆管越 长效果越明显[5] 。
2005 年 7 月 July 2005
化 学 工 业 与 工 程 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING
文章编号 :1004 - 9533 (2005) 04 - 0289 - 07
流化床喷雾造粒技术进展
第 22 卷 第 4 期 Vol. 22 No. 4
张东利1 ,郝东升1 ,舒安庆2 ,张维蔚2
(11 内蒙古工业大学 ,内蒙古 呼和浩特市 010062 ; 21 武汉化工学院 ,湖北 武汉 430073)
摘要 :本文介绍了流化床喷雾造粒技术 ,包括造粒机理 、操作方式 、影响因素等 。流化床喷雾造粒 是将溶液 、悬浮液或熔融液喷雾到已经干燥或不完全干燥颗粒的流化床床层内 ,在同一设备内一 步完成蒸发 、结晶 、干燥或化学反应的造粒过程 。流化床造粒操作对颗粒的尺寸 、形状要求不高 , 所得到的产品无结块 、具有良好的流动性能 。与其他传统的造粒方法相比 ,流化床造粒具有工艺 流程简单 、设备装置紧凑 、投资省 、生产强度大等优点 ,越来越引起人们的关注 。 关键词 :流化床 ;喷雾造粒 ;颗粒 ;溶液 中图分类号 :TQ05119 文献标识码 :A
床层内湿度分布也有一定的规律 ,高湿度区也 覆盖床层的最上部分且向分布板方向延伸 ,形成的 形状与低温区的形状类似 ,但在床层内的延伸比低 温区大 ,喷嘴附近区域的湿度梯度比其它地方高 。 而且如果床内形成了一个高湿度区 ,即使流化速度 有一定的变化它的形状也不会改变 。当流化速度增 加时 ,高湿度区向床层上部延伸同时床层上部的湿 度梯度增大 。
第 22 卷第 4 期
张东利等 :流化床喷雾造粒技术进展
291
这两种形状都是从床层顶部最低温度开始 ,不 同之处是钟形以一定的角度向床层内部延伸 ,而漏 斗形直接沿中心轴向下延伸 。低温区形状不同是由 于颗粒的循环方式不同造成的 ,钟形低温区是颗粒 从床层中心轴处上升而从四周下降形成的 ,见图 1 。 漏斗形的形成恰好相反 ,此时颗粒从四周上升而从 中心下降 ,如图 2 所示 。低温区的角度和深度受床 层物料 、流化空气速度和喷雾速率等因素的影响 。
Progress of Spray Granulation in Fluidized Beds
ZHANG Dong2li2 , HAO Dong2sheng1 , SHU An2qing2 , ZHANG Wei2wei1
(1. Inner Mongolia Polytechnic University , Hohhot 010062 , China ; 2. Wuhan College of Chemical Engineering , Hubei Wuhan 430073 , China)
在底部喷雾的流化床内 ,由于液滴的沉积和生 长主要在射流区 ,因此在射流区内的温度较其它区 域的温度低 ,湿度高较其它区域的湿度高 。
图 3 是底部喷雾尿素造粒过程中典型的床层内 部温度分布图 ,横坐标是径向上离开喷嘴 (床层中心 , R = 0) 的距离 ,纵坐标是温度 , h 代表轴向上离开气体 分布板的距离 ,喷嘴与分布板的距离为 10 mm。
温度和湿度分布的不同反映的造粒过程中床内 各部分功能不同 ,根据气体温度和湿度分布情况 ,可 以将整个床层分为功能不同的几个区域 。在喷动床 和喷动流化床中区域分布明显[9] ,可以划分为两个 部分 ,一是活跃的喷泉区 ,在这个区域主要是溶液的 喷雾 ;另一个区域是床内的剩余部分 ,在这个区内进 行颗粒混合 。底部喷雾浅层流化床中床层可以分为 以下几部分[7] :射流区 、自由区和流化床 ,如图 4 所 示。
Key words :fluidized bed ; spray granulation ; particle ; solution
造粒技术已广泛应用于医药 、化工 、化肥等工业 生产中 ,控制适宜的工艺条件 ,可以得到所需的不同 粒度 、形状和强度要求的产品 。在目前诸多造粒方法 中 ,流化床造粒已经引起人们的广泛关注 ,它的一个 突出特点是集成粒、混合、干燥等过程于一身 ,与其他 传统的造粒方法相比 ,具有工艺流程简单、设备装置 紧凑、投资省、生产强度大等优点 ,而且所得到的产品 无灰 、无块 、具有良好的流动性能 。为了开发这一技
HΠcm : ●—610 ; ▲—415 ; ■—115 图 3 床层内温度分布
图 3 中温度分布的特点是 :1) 轴线上温度最低 , 径向上离开轴线距离增大 ,床层温度逐渐提高 。2) 在径向上温度分布差别大 ,在轴向上温度分布差别 很小 。主要原因是 ,雾化喷嘴位于流化床层的中央 , 雾化液滴不是均匀地分布在床层截面上 ,而是集中 在喷嘴的射流区内 ,且在此区中料液喷涂到晶种颗 粒上 ,当颗粒表面上的大部分水份蒸发时 ,颗粒温度 下降 。由于雾化液滴在不同径向距离上分布密度不
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2 90
化 学 工 业 与 工 程
2005 年 7 月
物料为核心 ,颗粒相互接触附着凝集形成颗粒的 ;也 有用物料同质的溶液利用喷嘴雾化 ,在颗粒上凝集 长大的造粒方法 ;第三种方法 ,是把熔融的液体在同 质的物料流化床中进行喷雾 ,在颗粒上发生凝固干 燥的造粒过程 。
造粒溶液的雾化解决了由于液滴过大使颗粒过 度浸润发生湿式死床的问题 。喷嘴在流化床内的安 装位置受装置的形状 、造粒物料以及产品要求等因素 的影响 。造粒位置不同所生产出的颗粒产品也不同 。
流化床造粒过程中的喷雾方式根据喷嘴安装位 置不同大致可以分为三种 :顶部喷雾 ,切向喷雾和底 部喷雾 。这三种模式的喷雾流化床的结构基本相 同 ,都是由含流化颗粒的造粒室和膨胀室组成[1] 。
切向喷雾造粒器喷嘴安装在造粒器的一侧 ,喷 雾液滴切向喷入作旋转运动的颗粒床层内 。切向喷
雾设备的主要特征是可调速的旋转圆盘 。操作时三 种机械力使颗粒移动 、混合并造粒 。这三种力是圆 盘旋转产生的离心力 、空气通过圆盘间隙产生的举 升力和重力 。由切向喷雾制得的颗粒较顶喷制得的 颗粒致密 、脆性小 、粒径大[3] 。 112 温度和湿度分布
Abstract :Spray granulation techniques in fluidized beds are overviewed in terms of the granulation mechanism , the operation mode and influenced factors. During the spray granulation ,either solutions , suspensions or melted liquid are sprayed onto dried moist particles that are located in the flow zone of the fluidized bed ,then the granulation process involving vaporization crystallization , dessication and chemical reactions completes in the same equipment . The spray granulation in fluidized beds is suitable to a wide range of particle sizes and shapes , and its products show good flowing property without aggregation. Compared with other traditional granulation methods , spray granulation techniques have attracted lots of concerns owing to the advantages of simple , equipment compactness , economic and high product capacity.
对于顶部喷雾造粒[7] ,低温区覆盖床层的最上 部分并向分布板方向延伸 ,最低温度在喷嘴正下方 。 床层内低温区的轮廓主要有两种形状 :钟形和漏斗 形 ,如图 1 和图 2 所示 。
图 1 钟形温度分布和颗粒的循环方式
图 2 漏斗形温度分布和颗粒的循环模式
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
同 ,因而径向距离上床层温度也不同 ,且中心处的温 度最低 。床温分布的第二个特点说明 ,虽然雾化空 气穿透整个床层 ,但是在轴向上雾滴并非均匀分布 , 而是集中在喷嘴上方的一定区域内 ,颗粒穿过射流 区时长大[8] 。
流化床造粒过程中所有的颗粒都存在热质传 递 ,喷雾区和其它区域的温度和湿度将影响造粒的 类型 、质量和涂层厚度等 。对于气体温度和湿度分 布的监测可以用来优化流化床造粒系统的设计和操 作。 113 床内操作区域
顶部喷雾喷嘴安装在造粒室床层以上 ,喷雾方向 垂直向下 ,雾化液滴与流化空气逆向运动。顶雾造粒 器的膨胀室与其它两种相比高一些 ,而且是锥形 ,这 样既可以提高颗粒流化速度又不会被流化气体带出 造粒装置 。采用顶部喷洒必须过量喷洒并连续进行 颗粒的筛选 ,这样使造粒的效率低、时间长 ,但可以回 收被喷雾干燥的悬浮物重复利用 。顶部喷雾的喷嘴 位置很重要[2] ,喷嘴过高雾滴在床层上部占比例大 , 如果雾滴在流化床面以上 ,则未接触颗粒之前就蒸发 被热空气带走 ,即喷雾干燥。喷雾太低雾滴在分布板 附近累积 ,影响操作稳定性 ,甚至死床。顶部喷雾过 程一般用于以下三种场合 :用粘合剂制粒 ,用水制粒 和流化床喷雾干燥 。顶部喷雾方法制备的颗粒多孔 并具有较松的结构 ,在水中极易分散[3] 。
术的潜在应用价值 ,越来越多的科研工作者对其成粒 机理 、影响因素及实际操作条件等进行了深入研究 。 这里将对一些研究者的成果做简单介绍 。
1 流化床
111 喷雾方式 流化床造粒主要是以雾化溶液为媒体 ,以固体
收稿日期 :2004 - 01 - 20 基金项目 :国家自然科学基金 (20166002) 和内蒙古教育厅资助项目 (zd0013) 作者简介 :张东利 (1961 - ) ,男 ,硕士 ,副教授 ,主要从事造粒与流态化工程研究 。 联系人 :张东利 ,电话 : (0471) 6576137 ,E2mail :zhdl @imut. edu. cn。
底部喷雾是将喷嘴安装在分布板中心 ,雾化液 滴进入床层的方向与流化气体相同 。对于在药片颗 粒上进行涂层造粒过程多采用底部喷雾 ,这样可减 少涂层雾化液的损失 。为避免颗粒无规则运动和涂 层 ,底部喷雾流化床造粒器不宜过大 。底部喷雾和 床内喷雾非常容易造成湿式死床而使流化停滞[4] , 设计时要求颗粒在经过喷雾区时速度快 。一般可以 通过 对 传 统 流 化 床 的 改 进 来 实 现 , 最 常 用 的 是 Würster 流化床造粒器 ,流化床内加入一个垂直圆管 (直径通常为床层直径的一半) 用于改善进床内颗粒 的循环 ,颗粒的运动与喷动床内的类似 (中心处的颗 粒向上运动而四周的颗粒向下运动) ,还可有效的防 止颗粒附聚提高颗粒表面光滑度 ,而且垂直圆管越 长效果越明显[5] 。
2005 年 7 月 July 2005
化 学 工 业 与 工 程 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING
文章编号 :1004 - 9533 (2005) 04 - 0289 - 07
流化床喷雾造粒技术进展
第 22 卷 第 4 期 Vol. 22 No. 4
张东利1 ,郝东升1 ,舒安庆2 ,张维蔚2
(11 内蒙古工业大学 ,内蒙古 呼和浩特市 010062 ; 21 武汉化工学院 ,湖北 武汉 430073)
摘要 :本文介绍了流化床喷雾造粒技术 ,包括造粒机理 、操作方式 、影响因素等 。流化床喷雾造粒 是将溶液 、悬浮液或熔融液喷雾到已经干燥或不完全干燥颗粒的流化床床层内 ,在同一设备内一 步完成蒸发 、结晶 、干燥或化学反应的造粒过程 。流化床造粒操作对颗粒的尺寸 、形状要求不高 , 所得到的产品无结块 、具有良好的流动性能 。与其他传统的造粒方法相比 ,流化床造粒具有工艺 流程简单 、设备装置紧凑 、投资省 、生产强度大等优点 ,越来越引起人们的关注 。 关键词 :流化床 ;喷雾造粒 ;颗粒 ;溶液 中图分类号 :TQ05119 文献标识码 :A
床层内湿度分布也有一定的规律 ,高湿度区也 覆盖床层的最上部分且向分布板方向延伸 ,形成的 形状与低温区的形状类似 ,但在床层内的延伸比低 温区大 ,喷嘴附近区域的湿度梯度比其它地方高 。 而且如果床内形成了一个高湿度区 ,即使流化速度 有一定的变化它的形状也不会改变 。当流化速度增 加时 ,高湿度区向床层上部延伸同时床层上部的湿 度梯度增大 。
第 22 卷第 4 期
张东利等 :流化床喷雾造粒技术进展
291
这两种形状都是从床层顶部最低温度开始 ,不 同之处是钟形以一定的角度向床层内部延伸 ,而漏 斗形直接沿中心轴向下延伸 。低温区形状不同是由 于颗粒的循环方式不同造成的 ,钟形低温区是颗粒 从床层中心轴处上升而从四周下降形成的 ,见图 1 。 漏斗形的形成恰好相反 ,此时颗粒从四周上升而从 中心下降 ,如图 2 所示 。低温区的角度和深度受床 层物料 、流化空气速度和喷雾速率等因素的影响 。
Progress of Spray Granulation in Fluidized Beds
ZHANG Dong2li2 , HAO Dong2sheng1 , SHU An2qing2 , ZHANG Wei2wei1
(1. Inner Mongolia Polytechnic University , Hohhot 010062 , China ; 2. Wuhan College of Chemical Engineering , Hubei Wuhan 430073 , China)
在底部喷雾的流化床内 ,由于液滴的沉积和生 长主要在射流区 ,因此在射流区内的温度较其它区 域的温度低 ,湿度高较其它区域的湿度高 。
图 3 是底部喷雾尿素造粒过程中典型的床层内 部温度分布图 ,横坐标是径向上离开喷嘴 (床层中心 , R = 0) 的距离 ,纵坐标是温度 , h 代表轴向上离开气体 分布板的距离 ,喷嘴与分布板的距离为 10 mm。
温度和湿度分布的不同反映的造粒过程中床内 各部分功能不同 ,根据气体温度和湿度分布情况 ,可 以将整个床层分为功能不同的几个区域 。在喷动床 和喷动流化床中区域分布明显[9] ,可以划分为两个 部分 ,一是活跃的喷泉区 ,在这个区域主要是溶液的 喷雾 ;另一个区域是床内的剩余部分 ,在这个区内进 行颗粒混合 。底部喷雾浅层流化床中床层可以分为 以下几部分[7] :射流区 、自由区和流化床 ,如图 4 所 示。
Key words :fluidized bed ; spray granulation ; particle ; solution
造粒技术已广泛应用于医药 、化工 、化肥等工业 生产中 ,控制适宜的工艺条件 ,可以得到所需的不同 粒度 、形状和强度要求的产品 。在目前诸多造粒方法 中 ,流化床造粒已经引起人们的广泛关注 ,它的一个 突出特点是集成粒、混合、干燥等过程于一身 ,与其他 传统的造粒方法相比 ,具有工艺流程简单、设备装置 紧凑、投资省、生产强度大等优点 ,而且所得到的产品 无灰 、无块 、具有良好的流动性能 。为了开发这一技
HΠcm : ●—610 ; ▲—415 ; ■—115 图 3 床层内温度分布
图 3 中温度分布的特点是 :1) 轴线上温度最低 , 径向上离开轴线距离增大 ,床层温度逐渐提高 。2) 在径向上温度分布差别大 ,在轴向上温度分布差别 很小 。主要原因是 ,雾化喷嘴位于流化床层的中央 , 雾化液滴不是均匀地分布在床层截面上 ,而是集中 在喷嘴的射流区内 ,且在此区中料液喷涂到晶种颗 粒上 ,当颗粒表面上的大部分水份蒸发时 ,颗粒温度 下降 。由于雾化液滴在不同径向距离上分布密度不
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2 90
化 学 工 业 与 工 程
2005 年 7 月
物料为核心 ,颗粒相互接触附着凝集形成颗粒的 ;也 有用物料同质的溶液利用喷嘴雾化 ,在颗粒上凝集 长大的造粒方法 ;第三种方法 ,是把熔融的液体在同 质的物料流化床中进行喷雾 ,在颗粒上发生凝固干 燥的造粒过程 。
造粒溶液的雾化解决了由于液滴过大使颗粒过 度浸润发生湿式死床的问题 。喷嘴在流化床内的安 装位置受装置的形状 、造粒物料以及产品要求等因素 的影响 。造粒位置不同所生产出的颗粒产品也不同 。
流化床造粒过程中的喷雾方式根据喷嘴安装位 置不同大致可以分为三种 :顶部喷雾 ,切向喷雾和底 部喷雾 。这三种模式的喷雾流化床的结构基本相 同 ,都是由含流化颗粒的造粒室和膨胀室组成[1] 。
切向喷雾造粒器喷嘴安装在造粒器的一侧 ,喷 雾液滴切向喷入作旋转运动的颗粒床层内 。切向喷
雾设备的主要特征是可调速的旋转圆盘 。操作时三 种机械力使颗粒移动 、混合并造粒 。这三种力是圆 盘旋转产生的离心力 、空气通过圆盘间隙产生的举 升力和重力 。由切向喷雾制得的颗粒较顶喷制得的 颗粒致密 、脆性小 、粒径大[3] 。 112 温度和湿度分布
Abstract :Spray granulation techniques in fluidized beds are overviewed in terms of the granulation mechanism , the operation mode and influenced factors. During the spray granulation ,either solutions , suspensions or melted liquid are sprayed onto dried moist particles that are located in the flow zone of the fluidized bed ,then the granulation process involving vaporization crystallization , dessication and chemical reactions completes in the same equipment . The spray granulation in fluidized beds is suitable to a wide range of particle sizes and shapes , and its products show good flowing property without aggregation. Compared with other traditional granulation methods , spray granulation techniques have attracted lots of concerns owing to the advantages of simple , equipment compactness , economic and high product capacity.
对于顶部喷雾造粒[7] ,低温区覆盖床层的最上 部分并向分布板方向延伸 ,最低温度在喷嘴正下方 。 床层内低温区的轮廓主要有两种形状 :钟形和漏斗 形 ,如图 1 和图 2 所示 。
图 1 钟形温度分布和颗粒的循环方式
图 2 漏斗形温度分布和颗粒的循环模式
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
同 ,因而径向距离上床层温度也不同 ,且中心处的温 度最低 。床温分布的第二个特点说明 ,虽然雾化空 气穿透整个床层 ,但是在轴向上雾滴并非均匀分布 , 而是集中在喷嘴上方的一定区域内 ,颗粒穿过射流 区时长大[8] 。
流化床造粒过程中所有的颗粒都存在热质传 递 ,喷雾区和其它区域的温度和湿度将影响造粒的 类型 、质量和涂层厚度等 。对于气体温度和湿度分 布的监测可以用来优化流化床造粒系统的设计和操 作。 113 床内操作区域